毛竹和四季竹对臭氧胁迫的耐受力差异

为了解竹子对大气O3浓度升高的生理响应规律及耐受O3胁迫能力的种间差异性,为气候变化背景下的竹林培育应对策略提供理论依据,运用开顶式同化箱(OTCs)开展了5个O3浓度梯度(过滤大气CF、环境大气NF、50、100和150 nl·L-1)对毛竹(Phyllostachys edulis)和四季竹(Oligostachyum lubricum)叶片光合色素、可溶性蛋白、脂质过氧化和抗氧化系统的影响研究.结果表明:处理90d后,随着O3浓度的升高,毛竹和四季竹叶片叶绿素(Chl)、类胡萝卜素(Car)含量均呈下降趋势,但毛竹的降幅大于四季竹.MDA含量、POD活性呈升高趋势,毛竹的升幅大于四季竹.SOD活性毛竹呈下降趋势,而四季竹表现出先升高后降低的规律.可溶性蛋白含量毛竹和四季竹分别呈升高、降低趋势;与CF相比,低O3浓度处理(≤50 nl·L-l)并未对毛竹和四季竹造成明显伤害,而高O3浓度处理(≥100 nl·L-1)下毛竹和四季竹叶片光合色素含量和SOD活性极显著降低,MDA含量和POD活性极显著提高,导致毛竹和四季竹叶片光合色素合成受阻,叶片老化加快,膜脂过氧化程度加剧,膜结构和抗氧化系统功能遭到破坏;主成分分析表明,四季竹对O3胁迫的耐受能力明显强于毛竹.     

毛竹对大气臭氧浓度倍增的生理响应

为了给气候变化背景下的竹林培育应对策略提供理论依据,以毛竹 （Phyllostachys edulis） 为材料,运用开顶式气室 （OTCs） 模拟当前环境背景大气O3浓度（NF,40~45nL·L-1）的倍增1倍（TR1,92~106nL·L-1）和倍增2倍（TR2, 142~160nL·L-1）情景,分析叶片光合色素、脂质过氧化及抗氧化酶等生理指标的变化规律。结果表明：大气O3浓度倍增处理90d时,毛竹叶片Chl、Car含量和SOD活性显著降低,叶片相对电导率和可溶性蛋白、MDA、O2-含量及POD活性显著升高。叶片O2-含量与SOD活性、光合色素含量呈极显著负相关,而与叶片相对电导率、POD活性和MDA、可溶性蛋白含量呈显著正相关。研究表明大气O3浓度倍增会导致毛竹叶片老化加快,光合色素降解或合成受阻,膜脂过氧化,膜结构和氧化系统破坏,影响毛竹的正常生长。本文从抗性生理方面揭示了毛竹对大气臭氧胁迫的耐受性,为竹子应对气候变化研究提供了参考。     

3种地被类观赏竹对大气臭氧浓度倍增的生理响应

运用开顶式同化箱(OTCs)模拟环境背景大气O3浓度(CK,40~45 nL.L-1)的倍增1倍(TR-1,92~106nL.L-1)和倍增2倍(TR-2,142~160 nL.L-1)情景,分析美丽箬竹、黄条金刚竹和白缟椎谷笹竹叶片脂质过氧化、抗氧化酶和渗透调节物质等生理指标的变化,以明确竹子对大气O3浓度倍增的生理响应规律及耐受O3胁迫能力的种间差异性,为园林观赏竹种选育和应用提供参考。结果表明:(1)大气O3浓度倍增45 d时,随着O3浓度的升高,3种地被类观赏竹叶片O2.-和MDA含量、相对电导率、SOD活性均表现出增大趋势。叶片POD活性、可溶性糖含量美丽箬竹呈下降趋势,而黄条金刚竹和白缟椎谷笹竹呈升高趋势。叶片可溶性蛋白含量美丽箬竹和白缟椎谷笹竹呈下降趋势,黄条金刚竹呈升高趋势。(2)大气O3浓度倍增1倍时,美丽箬竹和黄条金刚竹未表现出伤害症状,而白缟椎谷笹竹表现出明显的伤害症状;大气O3浓度倍增2倍时,3种地被类观赏竹叶片活性氧含量大量积累,抗氧化系统遭到破坏,膜脂过氧化加剧,影响正常的生理代谢和生长发育。(3)主成分分析表明,叶片MDA含量是反映地被类观赏竹耐受O3胁迫最重要的生理指标,耐受O3胁迫能力表现为美丽箬竹>黄条金刚竹>白缟椎谷笹竹。     

毛竹对大气臭氧胁迫的生理响应变化

以毛竹1年生盆栽苗为材料,运用开顶式气室(OTCs)模拟环境背景大气O3浓度(AA,40～45 nL·L-1)和高O3浓度(EO,92～106 nL·L-1)情景,分析毛竹叶片光合生理、脂质过氧化及抗氧化酶等主要生理指标的变化,为气候变化背景下的竹林培育应对策略提供理论依据.结果显示:(1)EO较AA在同一处理时间的毛竹叶片O3通量均显著升高,且二处理的叶片O3通量均随着处理时间的延长呈升高趋势.(2) EO较AA的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和可溶性糖含量均显著下降,且叶片叶绿素(ChD含量、胞间CO2浓度(Ci)显著下降的时间点分别出现在EO处理的60 d和92 d,可溶性蛋白在处理60 d后显著升高;随处理时间的延长,EO的叶片Pn、Ci、Chl含量均呈下降趋势,可溶性糖和可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趋势;Pn下降由气孔限制因素引起.(3)超氧自由基(O2)含量、丙二醛(MDA)含量、相对电导率分别在处理29 d、60 d、60 d后均显著升高,且随着处理时间的延长呈升高趋势.(4)超氧化物歧化酶(SOD)活性在高浓度O3处理60 d时显著升高,后显著下降,而POD活性均显著升高,且SOD和POD活性均随着处理时间呈先升高后降低的趋势.研究表明,毛竹对大气高O3胁迫存在着短时间的主动生理生化适应,但长期高O3胁迫会对毛竹造成严重的过氧化伤害,从而影响毛竹的正常生长.     

大气O3浓度升高对毛竹光合生理的影响

以毛竹(phyllostachys edulis)为试材,运用开顶式气室(OTCs)模拟了4个大气O3浓度情景,分别为CF(背景大气经活性炭过滤后的处理,22～25 nL·L-1)、NF(直接将背景大气输入气室内,40～45 nL·L-1)、T1(O3平均浓度100 nL·L-1,92～106 nL·L-1)、T2(O3平均浓度150 nL· L-1,142 ～160 nL· L-1),分析大气O3浓度对毛竹叶片光合色素、气体交换参数、光合参数的影响.结果表明:不同浓度O3处理的毛竹叶片Pn和Tr日变化均呈单峰型,随着O3浓度的升高,叶片Gs、Ci、Ls日变化规律趋于简单,WUE变化趋于平缓.与环境背景大气比较,高浓度O3(≥100 nL·L-1)条件下叶片Pn、Ls、WUE日均值和Chl、Chl-a、Chl-b和Car含量均显著降低,Gs、Tr日均值显著提高,但对Ci日均值及叶片光合色素组成影响并不明显.T1、T2处理下,毛竹的Pn、Tr与PPED、VpdL、Tair、Ca和RH环境因子间均呈显著或极显著相关,Gs与PPED无显著相关,而与VpdL、Tair、Ca和RH环境因子间均呈显著或极显著相关.研究表明:O3浓度100、150 nL·L-1时分别会造成毛竹叶片发生气孔、非气孔限制,气孔对环境条件的反应变得不敏感,影响了正常的调节反馈机制,增加了水分蒸散,光合色素降解或合成受阻,对毛竹光合作用产生严重的负面效应,不利于毛竹干物质积累.     

美丽箬竹对模拟大气O3浓度倍增胁迫的生理响应

运用开顶式气室(OTCs)模拟当前环境大气O3浓度(对照,40～45 nL·L-1)、O3浓度倍增4倍(TR-1,92～106 nL·L-1)和O3浓度倍增2倍(TR-2,142～160 nL·L-1)胁迫,以叶片光合色素、MDA、可溶性蛋白质和可溶性糖含量及SOD和POD活性和相对电导率为指标,分析了美丽箬竹(Indocalamus decorus Q.H.Dai)对O3胁迫的生理响应规律.结果显示:随O3浓度的提高,叶片叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、总叶绿素和类胡萝卜素含量,SOD和POD活性,可溶性蛋白质和可溶性糖含量及二者的比值(SPC/SSC)均呈下降趋势;叶绿素a口与b的比值(Chla/Chlb)、MDA含量和相对电导率均呈增加趋势.TR-1条件下叶片POD活性和可溶性糖含量分别比对照下降38.86％和10.37％,差异显著;Chla/Chlb比值显著高于对照,其余指标均与对照无显著差异.而在TR-2条件下叶片Chla、Chlb、总叶绿素和类胡萝卜素含量显著低于对照,降幅分别为26.89％、40.91％、30.47％和20.37％;SOD和POD活性、可溶性蛋白质和可溶性糖含量以及PC/SSC比值也均显著低于对照,降幅分别为42.03％、46.62％、45.09％、11.52％和40.15％;Chla/Chlb比值、MDA含量和相对电导率均显著高于对照.另外,TR-1与TR-2处理组间光合色素含量和POD活性差异不显著,TR-2处理组MDA含量和相对电导率显著高于TR-1处理组,SOD活性显著低于后者.研究结果表明:美丽箬竹对O3胁迫具有强耐受性,可种植于O3浓度较高的环境中.     

臭氧浓度升高对毛竹叶片光合色素和抗性生理的影响

为了解毛竹对温室气体浓度升高的生理响应,探索竹子应对气候变化的经营策略,运用开顶式同化箱(OTCs)开展了5个O₃浓度梯度(过滤大气CF、环境大气NF、50nl·L^-1、100nl·L^-1、150nl·L^-1对毛竹(Phyllostachys edulis)叶片光合色素、可溶性蛋白、脂质过氧化和抗氧化系统的影响研究。结果表明:随O₃浓度升高,毛竹叶片Chl和Car含量呈下降趋势,可溶性蛋白、MDA和O₂^-含量呈升高趋势。与CF相比,100nl·L^-1和150nl·L^-1O₃,浓度处理毛竹叶片光合色素含量极显著降低,叶片可溶性蛋白、MDA和O₂^-含量极显著升高;随O₃浓度升高,SOD活性呈降低趋势,100nl·L^-1和150nl·L^-1O₃浓度处理较CF极显著下降。POD活性呈升高趋势,100nl·L^-1和150nl·L^-1O₃浓度处理较CF极显著提高;长时间高O₃浓度(100nl·L^-1及以上)胁迫条件下,会导致毛竹叶片光合色素降解或合成受阻,叶片老化加快,膜脂过氧化程度加剧,膜结构和抗氧化系统功能遭到破坏,影响毛竹的正常生长。     

臭氧对水稻根系活力、可溶性蛋白含量与抗氧化系统的影响

采用旋转布气法开顶式气室 (Open top chambers, OTCs) 装置, 研究4种臭氧 (O3) 浓度水平 (过滤大气, O3浓度20nl·L-1;环境大气, O3浓度40nl·L-1;中等O3浓度处理, O3浓度为75nl·L-1;高浓度处理, O3浓度为150nl·L-1) 下水稻 (Oryzasativa) 根系中根系活力、可溶性蛋白含量、膜脂过氧化程度与抗氧化系统的变化差异。主要结果表明与过滤大气处理相比, O3浓度升高 (75和150nl·L-1) 使植株根系活力显著降低, 根系大幅度、过早地衰退;根系可溶性蛋白质含量显著下降;根系MDA含量显著升高, 膜脂过氧化程度加剧;SOD活性呈先升高后下降的变化趋势根系中H2O2含量大幅度显著上升, 并随着O3处理浓度升高和暴露时间延长变化幅度增大;CAT与POD活性则表现出升高趋势, 但处理后期升高幅度略微降低;整个处理期间根系ASA含量无显著变化。环境大气处理与过滤大气处理植株各个指标变化趋势基本一致并略微下降, 随着处理时间延长根系活力与蛋白质含量出现显著下降, 其他指标无显著差异。试验结果表明O3浓度升高会对植物地下部分根系产生影响;随着O3胁迫时间的延长, 植物将面临着缺乏强有力的根系生理代谢活力支持。     

高浓度CO2和O3对四季竹叶片膜脂过氧化及抗氧化系统的影响

以2年生四季竹为试材,利用开顶式气室(OTCs)熏蒸法模拟大气CO2和O3浓度升高情景,研究了高浓度CO2(700 μmol·mol-1)和高浓度O3(100 nmol·mol-1)及其复合作用对四季竹叶片膜脂过氧化、抗氧化酶及渗透调节物质的影响.结果表明:高浓度O3处理30 d,四季竹叶片抗氧化酶活性和渗透调节物质含量提高,清除活性氧能力增强,并未出现明显的膜脂过氧化,四季竹能耐受短期的O3胁迫.高浓度O3处理90 d,四季竹叶片抗氧化酶活性显著降低,膜脂过氧化程度加剧,膜结构破坏,发生严重的氧化损伤;高浓度CO2处理30 d,四季竹叶片抗氧化酶活性和渗透调节物质含量提高,能维持活性氧平衡,存在一定的生理适应期.而高浓度CO2处理90 d,四季竹叶片抗氧化酶活性和活性氧含量降低,可溶性糖和可溶性蛋白含量升高,有利于四季竹生长;高浓度O3和CO2复合作用下,相对于单因素高浓度O3处理,四季竹叶片能够维持较高的抗氧化酶活性和渗透调节物质含量,有效地调节活性氧产生与清除的平衡,膜脂过氧化不明显,说明高浓度CO2一定程度上可缓解高浓度O3对四季竹所造成的生理伤害.     

3种地被竹对大气臭氧胁迫的光合生理响应

以美丽箬竹(Indocalamus decorus)、黄条金刚竹(Pleioblastus kongosanensis f.aureostriatus)、白缟椎谷笹竹(Sasa glabra f.albostriata)3种优良地被观赏竹为试材,用开顶式同化箱(OTCs)模拟大气O3浓度,研究了不同O3浓度胁迫(环境背景大气、100nL L-1和150 nL L-1)对竹子光合生理指标的影响。结果表明,随着大气O3浓度的升高,美丽箬竹叶片叶绿素含量先升高后降低,黄条金刚竹呈相反变化规律,白缟椎谷笹竹呈下降趋势;它们的叶片类胡萝卜素含量变化不明显。美丽箬竹的Pn日均值先缓慢升高后降低,黄条金刚竹先略有升高后急剧降低,白缟椎谷笹竹逐渐降低;大气O3浓度升高明显影响3种竹的光合参数日变化进程;大气O3浓度为100 nL L-1时,美丽箬竹的光合作用未受到抑制,黄条金刚竹和白缟椎谷笹竹则出现明显的抑制效应;大气O3浓度达150 nL L-1时,3竹种的光合生理都受到严重的伤害。耐受O3胁迫能力存在种间差异,美丽箬竹明显高于黄条金刚竹、白缟椎谷笹竹。     

臭氧熏气下春小麦叶片脂质过氧化作用的研究

 应用开顶式熏气装置,以低浓度(0.1ppm)的臭氧对春小麦(Triticum aestivum)进行了长时间的熏气,观测到：随着熏气时间的延长,叶片内叶绿素含量下降,丙二醛(MDA)积累增多,膜透性增大。在较高浓度(0.2ppm、0.3ppm、0.4ppm)臭氧熏气下,臭氧浓度越高,叶片内叶绿素降解越快,MDA含量越高,膜透性越大。低浓度和短时间的臭氧熏气可使超氧化物歧化酶(SOD)活性升高,而高浓度和长时间的臭氧熏气则导致SOD活性下降。试验结果表明,由臭氧熏气所引起的植物体内代谢紊乱与诸多伤害是由于脂质过氧化作用的结果。     

The Physiological Response of Phyllostachys edulis under the Elevated Atmospheric Ozone

In order to provide theoretical evidences for bamboo cultivation under the background of climate change, the method of open top chambers (OTCs) was employed to approach the effects of elevated ozone on photosynthetic pigments content, lipid peroxidation and anti oxidation enzymes in the leaves of Phyllostachys edulis. The result indicated that with the increasing of ozone concentration, the content of the chlorophyll, carotenoid and SOD activity decreased, while the content of souble protein, relative electrical conductivity, contents of MDA, O2- and the activity of POD increased.Correlation analyses showed that there was significant negative correlation between O2- content and SOD activity as well as photosynthetic pigment,whereas significant positive correlation between O2- and relative electeical conductivity, MDA, POD as well as soluble protein. It was summarried that, on one hand, long time exposure to high ozone concentration exposure, accelerated the aging of leaves, intensified the damage to membrane lipid, and destroyed the structure of cell membrane and the function of anti oxidation system as well. It affected the regular growth of P.edulis. This research was conducted to provide theoretical evidence for bamboo cultivation during this time of possible climate change.     

Effects of ozone on photosynthetic CO2 exchange, chlorophyll a fluorescence and antioxidant systems in lettuce leaves

The effects of ozone exposure on lettuce leaves were investigated by means of gas exchange, modulated chlorophyll a fluorescence and antioxidants systems. High ozone concentration decreased the rate of photosynthesis at light saturation level and changes in stomatal conductance and transpiration rate. However, an increase in intercellular CO₂ concentration indicated a decrease in the carboxylation efficiency. These data agreed with a reduction of non-cyclic electron flow and lower capacity to reduce the quinone pool. Ozone affected the ascorbate pool and decreased ascorbate peroxidase activity, increased lipid peroxidation, altered membrane properties and reduced the development of non-photochemical quenching.     

Hg、Cd及共同作用对烟草叶绿素含量及抗氧化酶系统的影响

 本文报道了Hg、Cd及二者共同作用明显不同程度地影响烟草叶绿素含量及抗氧化酶系统。受Hg、Cd胁迫后,随着土壤中Hg、Cd浓度的增加,叶绿素含量、叶绿素a／b值、CAT活性逐渐减小,SOD活性先升后降,POD活性则逐渐增加。同时也表现出单一Hg、Cd对烟草叶绿素含量及抗氧化酶系统的影响明显大于Hg、Cd二者的共同作用。     

臭氧胁迫冬小麦叶片高光谱特征和叶绿素含量估算

为无损、快速监测臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量，建立叶绿素含量与光谱指标的定量关系，基于自由式臭氧浓度增加系统平台观测了臭氧浓度升高下拔节期、开花期及灌浆期冬小麦叶片的叶绿素含量和光谱特征。通过线性回归、人工神经网络(ANN)以及偏最小二乘回归(PLSR)模型对臭氧胁迫下叶片高光谱特征进行了叶绿素含量的估算。结果表明：臭氧胁迫冬小麦叶片的光谱曲线特征出现绿峰“红移”和红边位置“蓝移”现象。相比于拔节期和开花期，小麦叶片在灌浆期受到臭氧的影响更大。臭氧胁迫下叶绿素含量与部分光谱特征参数及遥感植被指数存在显著相关关系，所有模型均取得了较高的估算精度(R²>0.8),其中以光谱特征参数为建模参量的偏最小二乘回归模型精度最高。该方法可用于臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量的估测，动态监测作物的臭氧胁迫。     

The Regulation of Photosynthesis in Leaves of Field-Grown Spring Wheat (Triticum aestivum L., cv Albis) at Different Levels of Ozone in Ambient Air

Wheat (Triticum aestivum L. cv Albis) was grown in open-top chambers in the field and fumigated daily with charcoal-filtered air (0.015 microliters per liter O₃), nonfiltered air (0.03 microliters per liter O₃), and air enriched with either 0.07 or 0.10 microliters per liter ozone (seasonal 8 hour/day [9 am-5 pm] mean ozone concentration from June 1 until July 10, 1987). Photosynthetic ¹⁴CO₂ uptake was measured in situ. Net photosynthesis, dark respiration, and CO₂ compensation concentration at 2 and 21% O₂ were measured in the laboratory. Leaf segments were freeze-clamped in situ for the determination of the steady state levels of ribulose 1,5-bisphosphate, 3-phosphoglycerate, triose-phosphate, ATP, ADP, AMP, and activity of ribulose, 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase. Photosynthesis of flag leaves was highest in filtered air and decreased in response to increasing mean ozone concentration. CO₂ compensation concentration and the ratio of dark respiration to net photosynthesis increased with ozone concentration. The decrease in photosynthesis was associated with a decrease in chlorophyll, soluble protein, ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase activity, ribulose bisphosphate, and adenylates. No decrease was found for triose-phosphate and 3-phosphoglycerate. The ratio of ATP to ADP and of triosephosphate to 3-phosphoglycerate were increased suggesting that photosynthesis was limited by pentose phosphate reductive cycle activity. No limitation occurred due to decreased access of CO₂ to photosynthetic cells since the decrease in stomatal conductance with increasing ozone concentration did not account for the decrease in photosynthesis. Ozonestressed leaves showed an increased degree of activation of ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase and a decreased ratio of ribulose bisphosphate to initial activity of ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase. Nevertheless, it is suggested that photosynthesis in ozone stressed leaves is limited by ribulose bisphosphate carboxylation possibly due to an effect of ozone on the catalysis by ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase.     

镉污染对水稻土微生物量、酶活性及水稻生理指标的影响

水稻盆栽条件下,研究了外源Cd不同处理对土壤微生物学指标、土壤酶活性及部分水稻生理指标的影响.结果表明,土壤微生物量C和N开始随Cd浓度增加而上升,到一定浓度时则随Cd浓度增加而下降,其转折点因土壤性质有所差异.同时土壤酶活性变化规律与土壤微生物量C、N变化规律相似,但其转折点浓度因土壤类型及土壤酶种类不同而有差异.Cd污染后的变异系数依次为:脱氢酶＞酸性磷酸酶＞脲酶.土壤呼吸作用强度和代谢熵都随Cd浓度增大而缓慢增加.水稻叶绿素含量随Cd处理浓度增加表现出先上升后下降,其转折点受供试土壤性质不同而不同;脯氨酸含量与过氧化物酶活性随着Cd处理浓度增大而增加.Cd污染后水稻生理指标的变异系数在黄松田水稻土中依次为过氧化物酶活性＞叶绿素含量＞脯氨酸含量;黄红壤性水稻土中依次为过氧化物酶活性＞脯氨酸含量＞叶绿素含量.相关分析表明,种植水稻条件下Cd污染对土壤微生物量、酶活性及水稻生理指标的影响是相辅相成的.